Может ли Луна вращаться вокруг планеты размером с Землю таким образом, чтобы создать солнечное затмение, которое будет длиться несколько недель от начала до конца?

Теоретически возможно ли, чтобы луна вращалась вокруг планеты (скажем, размером с Землю, массой и расстоянием до Солнца) таким образом, чтобы создать солнечное затмение всей планеты, продолжающееся несколько недель?

Вот мои предположения (некоторые из них, вероятно, ошибочны) об обстоятельствах, при которых это может быть возможно:

  1. Для упрощения задачи предположим, что наклона планетарной оси нет и что Луна имеет экваториальную орбиту.
  2. Орбитальная скорость Луны должна быть довольно низкой, чтобы оставаться на месте достаточно долго, чтобы создать постепенное затмение в течение нескольких недель.

  3. Чтобы создать затмение всей планеты, Луна должна быть довольно большой и/или относительно близкой к планете. Осуществимо ли это обстоятельство, если бы масса объекта была мала по сравнению с его размерами?

  4. Насколько стабильными могут быть описанные отношения?

Спасибо за ваш интерес и ответы.

Предположим, мы заменим земную Луну огромным (скажем, в 200 000 миль в диаметре) неестественно жестким диском из материала и что мы можем каким-то образом сделать так, чтобы он всегда был «лицом к Земле» (поэтому, возможно, мы добавим неестественно прочный и плотный стержень, перпендикулярный диск может быть массивнее его, поэтому мы получаем приливную стабилизацию), тогда он будет блокировать Солнце на добрую часть каждого лунного месяца. Если вы сделаете его немного больше и дальше, вы сможете реже получать более длинные затмения.
Другим вариантом был бы диск, помещенный в L1 Земля-Солнце, достаточно широкий, чтобы заблокировать Солнце (с некоторым остатком), вращающееся «на своем краю» каждый месяц или два, так что он блокирует свет Солнца, когда его лицо обращено, но не тогда, когда это край. Этот нестабилен
Ни один из них, похоже, не возникнет естественным образом, и для обоих нужны невероятно прочные материалы.
Это, безусловно, было бы лучше для «миростроения». Однако вам нужно определить «неделю». Это период в 604800 секунд, или период в 7 дней (т.е. 7 оборотов планеты относительно Солнца), или 1/4 месяца, или что-то еще?
Спасибо за ваши ответы. Я обязательно пересмотрю сценарий на основе ваших отзывов. Я отправил это в миростроительство, однако я хотел получить более аргументированные ответы, чем обычно получаю оттуда.

Ответы (3)

Краткий ответ: нет, не может.

Луна уже имеет достаточно малую массу по отношению к Земле, так что период ее обращения ненамного короче, чем у спутника с ничтожно малой массой. Таким образом, любой объект на расстоянии примерно от Луны займет около месяца. Если бы у объекта действительно была незначительная масса, он бы двигался немного медленнее, чем Луна, так что давайте будем великодушны и скажем, 5 недель. Это означает, что объект должен быть достаточно большим, чтобы простираться на 1/5 пути вокруг неба, чтобы заблокировать солнце всего на одну неделю. Это невозможно. Такой объект был бы намного больше Земли.

Если вы вообразите объект ближе к Земле, он будет вращаться по орбите быстрее, поэтому он должен быть еще больше.

Немного лучше отойти подальше. Период обращения пропорционален радиусу, возведенному в степень 3/2, поэтому перемещение Луны в четыре раза дальше сделало бы ее период в восемь раз длиннее. Но он должен быть в четыре раза больше или в 64 раза больше, чтобы вообще затмить солнце. И в этот момент он приближается к размеру Земли.

Возможно , удастся сконструировать искусственный объект, который вращается вокруг Солнца в земной точке L1 (между Землей и Солнцем на нужном расстоянии, чтобы оставаться на одной линии с ними) и постоянно блокирует солнце. Вы можете настроить его солнечную орбиту так, чтобы он блокировал солнце только часть времени. Это может быть что-то вроде майларового диска, который вращается, чтобы не свернуть в шар. Но это становится больше инженерным вопросом, чем астрономическим. Никакой правдоподобный природный объект не имел бы такой конфигурации.

Пункты 2 и 3 кажутся несовместимыми, согласен, что он нужен, если вы хотите, чтобы затмение длилось несколько недель.

Вы сказали

Орбитальная скорость Луны должна быть довольно низкой.

а потом

Луна должна быть довольно большой и/или относительно близкой к планете.

В общем, и то, и другое может произойти только

если бы масса объекта была мала по сравнению с его размерами.

Так что я согласен с вами в этом вопросе. Масса объекта должна быть крошечной по сравнению с его размером, потому что иначе его скорость была бы быстрой для сохранения углового момента (который устанавливается в момент создания системы Земля-Луна).

Но это так сложно, что естественный спутник имеет такую ​​низкую плотность.

Я думаю, что единственный способ избежать конфликта между 2 и 3 - это система, которая в момент своего формирования имела очень-очень низкий угловой момент, но это на самом деле необычная ситуация.

Может быть, это последний аргумент, который я бы выбрал между обоими. Я предпочитаю низкий угловой момент низкой плотности.

Первый вопрос: чего мы хотим от долгого затмения? Ответом будет большая луна на медленной орбите. Следующий анализ предполагает, что система точно компланарна, и я пренебрегаю угловым размером звезды (что привело бы к увеличению радиусов спутников) и размером самой планеты.

Чтобы получить медленную спутниковую орбиту, нам нужно выяснить, какая самая дальняя стабильная орбита. Пренебрегая малым эксцентриситетом орбиты Земли, радиус сферы Хилла р ЧАС дается следующим образом, где а ⊕ - радиус орбиты Земли, м ⊕ это масса Земли и м ⊙ масса Солнца:

р ЧАС ≈ а ⊕ м ⊕ 3 м ⊙ 3

Получается около 1 946 400 км. Луны стабильны с коэффициентом примерно 1/3 для радиуса Хилла в случае прямых лун и примерно 1/2 радиуса Хилла для ретроградных лун.

В случае прямого спутника это дает радиус орбиты а м около 498 800 км с периодом обращения п м от 40,5 дней. Нам нужно также позаботиться об обращении Земли вокруг Солнца, которое имеет период п ⊕ 365,25 дня. Это дает результирующую угловую скорость как:

ю "=" 2 π ( 1 п м − 1 п ⊕ )

Затем это можно умножить на время, необходимое для определения угла, под которым проходит Луна за заданное время. θ "=" ю т . Для недельного затмения угол составляет около 55°. Тогда радиус Луны можно получить

р м "=" а м арксин ⁡ ( θ 2 )

Это составляет 231 100 км, что примерно равно радиусу красного карлика M3V. Таким образом, проградный спутник не выглядит хорошей возможностью для недельных затмений.

А что насчет ретроградного случая? В этом случае радиус и период самой внешней стабильной орбиты составляют 748 200 км и 74,5 дня. Угловые скорости складываются, так что у вас есть

ю "=" 2 π ( 1 п м + 1 п ⊕ )

Выполнение тех же вычислений снова дает радиус Луны 260 200 км — даже хуже! Увеличенное расстояние побеждает более медленную орбиту.

Что, если мы используем другой тип принимающей звезды? Согласно списку свойств звезд главной последовательности Эрика Мамаека , звезда A5V имеет массу, в 1,85 раза превышающую массу Солнца, и светимость в 10 1,16 раза больше, чем у Солнца, что определяет обитаемую зону в 3,80 а.е. с орбитальной период 1990 дней. Выполнение вычислений снова приводит к меньшим радиусам спутников: 136 400 км (в прямом направлении) и 150 900 км (в обратном направлении). Они все еще слишком велики: корпус prograde примерно размером с красный карлик M5V.

Так что, к сожалению, похоже, что случай недельного затмения не очень правдоподобен!

Может ли Луна вращаться вокруг планеты размером с Землю таким образом, чтобы создать солнечное затмение, которое будет длиться несколько недель от начала до конца?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v